造纸术与化学

造纸术与化学

纸是我们日常生活中最常用的物品，无论读书、看报，或是写字、作画，都得和纸接触。在工业、农业和国防工业生产中也离不开纸。今天如果没有纸，那简直是不可想像的。纸在交流思想、传播文化、发展科学技术和生产方面，是一种强有力的工具和材料。回顾历史，这种重要物质就是我国古代劳动人民发明的。造纸术和指南针、火药、印刷术并称为我国古代科学技术的四大发明，是我国人民对世界科学文化发展所作出的卓越贡献。

最初的纸是作为新型的书写记事材料而出现的。在纸没有发明以前，我国记录事物多靠龟甲、兽骨、金石、竹简、木犊、缣帛之类。商代的甲骨文、钟鼎文实物资料，20世纪以来不断出土。战国到秦汉的竹简、木犊和帛书、帛画，近年来也有大量出土实物。但是甲骨不易多得，金石笨重，缣帛昂贵，简犊所占空间很大，都不便于使用。随着社会经济文化的发展，迫切需要寻找廉价易得的新型书写材料。经过长期探索和实践，终于发明了用麻绳头、破布、旧鱼网等废旧麻料制成植物纤维纸。

关于造纸术的起源，过去多是沿用公元五世纪的历史家范哗（公元398～445年）在《后汉书·蔡伦传》中的说法，认为纸是东汉的宦官蔡伦（公元62～121年）于汉和帝永元十七年（公元105年）发明的。但是20世纪以来的考古发掘实践动摇了蔡伦发明纸的说法。1933年新疆罗布淖尔汉烽燧遗址中出土了公元前一世纪的西汉麻纸，比蔡伦早了1个多世纪。1957年西安市东郊的灞桥再次出土了公元前二世纪的西汉初期古纸。经对这纸的分析化验，确认它主要由大麻和少量苎麻的纤维所制成。继这之后，1973年在甘肃省居延的汉代金关遗址、1978年在陕西省扶风中颜村的汉代窖藏中，也分别出土了西汉时的麻纸。值得指出的是，1986年甘肃天水市附近的放马滩古墓葬中出土了西汉初文帝、景帝时期（公元前188～前141年）的绘有地图的麻纸，这是目前发现的世界上最早的植物纤维纸。1990年冬在教煌甜水井西汉邮驿遗址中发掘出30多张麻纸，其中三张纸上写有文字。这些事实有力他说明了，早在公元前二世纪，我国劳动人民就已经发明了造纸术，而且当时造出的纸已经可以用于书写。

但是早期的西汉麻纸仍有待进一步改进。到了公元2世纪，在东汉宫廷中任尚方令的蔡伦，凭借充足的人力和物力，监制并且组织生产了一批良纸，于永元十七年献给朝廷，从此造纸术在国内推广起来。同时，东汉还进而用树皮特别是格皮造纸，扩大了原料来源。从这个意义上说，蔡伦在历史上是作为良纸的监制者和推广者的身分出现的，这些活动在客观上对造纸术的发展有利，因此他的作用不应该完全抹杀。

汉代麻纸制造过程，根据我们的实验研究，大体上是把麻头、破布等原料先用水浸，使它润胀，再用斧头切碎，用水洗涤。然后用弱碱性草木灰水浸透并且蒸煮，这可以说是后世碱法化学制浆过程的临摹。通过碱液蒸煮，原料中的木素、果胶、色素、油脂等杂质进一步被除去，用清水漂洗后，就加以舂捣。捣碎后的细纤维用水配成悬浮的浆液，再用漏水的纸模捞取纸浆，经脱水、干燥后就成纸张。如果纸表皱涩，还要砑光，方能书写。

汉代劳动人民用简单平常的设备，从纺织废料中用化学和机械加工方法使纤维原料更生，制成植物纤维纸，在化学史和工艺史上的确是件值得赞扬的一项成就。这里有两个技术关键。一是用化学方法把纤维原料中的非纤维素成分去掉，再用强力舂捣使纯纤维素大分子被切短和分丝。二是设计出一种多孔的平面筛，使纸浆能在筛面上滞流，把大部分水滤出后，含少量水的纤维便留在筛面上，再经干燥脱水，就构成一张有一定机械强度的纸。这种平面筛就是抄纸器，是现代长网和圆网造纸机的原始雏型。

公元2世纪造纸术在我国各地推广以后，纸就成了和锦帛、简犊的有力的竞争者。公元3～4世纪，纸已经基本取代了帛、简而成为我国惟一的书写材料，有力地促进了我国科学文化的传播和发展。公元3～6世纪的魏晋南北朝时期，我国造纸术不断革新。在原料方面，除原有的麻、格外，又扩展到用桑皮、藤皮造纸。在设备方面，继承了西汉的抄纸技术，出现了更多的活动帘床纸模，用一个活动的竹帘放在框架上，可以反覆捞出成千上万张湿纸，提高了工效。在加工制造技术上，加强了碱液蒸煮和舂捣，改进了纸的质量，出现了色纸、涂布纸、填料纸等加工纸。

从敦煌石室和新疆沙碛出土的属于这一时期所造的古纸来看，纸质纤维交结匀细，外观洁白，表面平滑，可谓“妍妙辉光”。公元6世纪的贾思勰还在《齐民要术》中专门有两篇记载了造纸原料楮皮的处理和染黄纸的技术。同时，造纸术传到我国近邻朝鲜和越南，这是造纸术外传的开始。

公元6～10世纪的隋唐五代时期，我国除麻纸、楮皮纸、桑皮纸、藤纸外，还出现了檀皮纸、瑞香皮纸、稻麦秆纸和新式的竹纸。在南方产竹地区，竹材资源丰富，因此竹纸得到迅速发展。关于竹纸的起源，先前有人认为开始于晋代，但是缺乏足够的文献和实物证据。从技术上看，竹纸应该在皮纸技术获得相当发展以后才能出现，因为竹料是茎秆纤维，比较坚硬，不容易处理，在晋代不太可能出现竹纸。竹纸应该起源于唐以后，而在唐宋之际有比较大的发展。欧洲要到18世纪才有竹纸。

这一时期的产纸地区遍及南北各地。由于雕板印刷术的发明，兴起了印书业，这就促进了造纸业的发展，纸的产量、质量都有提高，价格也不断下降，各种纸制品普及于民间日常生活中。名贵的纸中有唐代的“硬黄”、五代的“澄心堂纸”等，还有水纹纸和各种艺术加工纸。唐代的绘画艺术作品已经有不少纸本的，正反映出造纸技术的提高。

在公元10～18世纪的宋元和明清时期，楮纸、桑皮纸等皮纸和竹纸特别盛行，消耗量也特别大。造纸用的竹帘多用细密竹条，这就要求纸的打浆度必须相当高，而造出的纸也必然很细密匀称。先前唐代用淀粉糊剂做施胶剂，兼有填料和降低纤维下沉槽底的作用。到宋代以后多用植物黏液做“纸药”，使纸浆均匀，常用的“纸药”是杨桃藤、黄蜀葵等浸出液。这种技术早在唐代已经采用，但是宋代以后才盛行起来，以致不再采用淀粉糊剂了。

这时候的各种加工纸品种繁多，纸的用途日广。除书画、印刷和日用外，我国还最先在世界上发行纸币。这种纸币在宋代称作“交子”，元明后继续发行，后来世界各国也相继跟着发行了纸币。明清时期用于室内装饰用的壁纸、纸花、剪纸等，也很美观，并且行销于国内外。各种彩色的蜡笺、冷金、泥金、罗纹、泥金银加绘、研花纸等，多为封建统治阶级所享用，造价很高，质量也在一般用纸之上。

这一时期里，有关造纸的著作也不断出现。如宋代苏易简的《纸谱》、元代费著的《纸笺谱》、明代王宗沐的《楮书》，尤其是明代宋应星的《天工开物》，对我国古代造纸技术都有不少记载。而《天工开物》第十三卷《杀青》中关于竹纸和皮纸的记载，可以说是具有总结性的叙述。书中还附有造纸操作图，是当时世界上关于造纸的最详尽的记载。

以竹纸为例，《天工开物》中指出：在芒种前后登山砍竹，截断五七尺长，在塘水中浸沤一百天，加工捶洗以后，脱去粗壳和青皮。再用上好石灰化汁涂浆，放在楻桶中蒸煮八昼夜，歇火一日，取出竹料用清水漂洗，更用柴灰（草木灰水）浆过，再入釜上蒸煮，用灰水淋下，这样十多天，自然臭烂。取出入臼，春成泥面状，再制浆造纸。这些记载，和后来的民间土法造竹纸过程大体相同。

造纸术在公元7世纪经过朝鲜传入日本，8世纪中叶经中亚传到阿拉伯。在阿拉伯（古时称“大食”）的报达（今伊拉克的巴格达）、大马色（今叙利亚的大马士革）和撒马尔罕等地组织第一批造纸工场的时候，还是我国造纸工人亲自传授技术以后兴建的。阿拉伯最初造的麻纸，用破布做原料，采用的是我国的技术和设备。阿拉伯纸大批生产以后，就不断向欧洲各国输出，于是造纸术也随后由阿拉伯传入欧洲。

公元12世纪，欧洲最先在西班牙和法国设立了纸厂，13世纪在意大利和德国也相继设厂造纸。到16世纪，纸张已经流行于全欧洲，终于彻底取代了传统的羊皮和埃及纸莎草纸等。此后纸便逐步流传到全世界。

在公元前1世纪到公元18世纪初的2000年间，我国造纸术一直居于世界先进水平。我国古代在造纸的技术、设备、加工等方面为世界各国提供了一套完整的工艺体系。现代机器造纸工业的各个主要技术环节，都能从我国古代造纸术中找到最初的发展形式。世界各国沿用我国传统方法造纸有1000年以上的历史。